流明維持率足以代表LED燈具壽命嗎？

　　一、前言

　　目前LED燈泡在市場(chǎng)中存在著兩個(gè)重要的問(wèn)題：

　　第一是標(biāo)識(shí)不清。根據(jù)工研院測(cè)試業(yè)界的LED燈泡發(fā)現(xiàn)，高達(dá)五成以上的LED燈泡，所標(biāo)示的實(shí)際光通量均低于標(biāo)示值10%以上。

　　第二是品質(zhì)參差不齊。目前市場(chǎng)上沒(méi)有一套規(guī)范能夠說(shuō)清楚LED燈泡的售價(jià)與品質(zhì)之關(guān)系。造成消費(fèi)者經(jīng)常拿著「蘋(píng)果和橘子」在比較，有些更是花了較高的價(jià)格，但并沒(méi)有買(mǎi)到品質(zhì)相對(duì)高的產(chǎn)品，這種劣幣逐良幣的情形越來(lái)越嚴(yán)重，也引起了歐美日等國(guó)高度關(guān)注LED燈具/燈泡的標(biāo)識(shí)和品質(zhì)的問(wèn)題。

　　有監(jiān)于此，經(jīng)濟(jì)部能源局針對(duì)LED燈泡也加速節(jié)能標(biāo)章的推動(dòng)，對(duì)這件事情來(lái)說(shuō)，筆者是一則以喜，一則以憂。喜的是至少臺(tái)灣快要有一個(gè)共通性的標(biāo)準(zhǔn)，可以提供消費(fèi)者來(lái)選擇自己所需要的LED燈泡。憂的是，消費(fèi)者花了比較多的錢(qián)，購(gòu)買(mǎi)了符合「節(jié)能標(biāo)章基準(zhǔn)要求項(xiàng)目」的LED燈泡，真的就有了品質(zhì)上的保障嗎？

　　二、流明維持率足以代表LED燈具壽命嗎？

　　目前市場(chǎng)上較具官方代表性的規(guī)范，能夠與燈泡壽命扯上一點(diǎn)關(guān)系的，應(yīng)該是屬美國(guó)環(huán)境保護(hù)署/能源之星針對(duì)LED燈泡/燈具所發(fā)布的LM-80規(guī)范了。然而，自從此規(guī)范發(fā)布之后，在北美已陸續(xù)出現(xiàn)了一些不同的聲音，有些可靠性專家們甚至開(kāi)始呼吁，應(yīng)該要立即停止以LM-80的流明維持率（L70）作為L(zhǎng)ED燈泡或燈具壽命判斷的唯一依據(jù)。

　　事實(shí)上，2006年時(shí)，美國(guó)能源部固態(tài)照明（SSL）品質(zhì)工作小組，邀請(qǐng)了32位可靠性專家們，針對(duì)LED的可靠性與壽命估算方法進(jìn)行非常深入的討論。在考量LED當(dāng)時(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)能力后，工作小組決定，以流明維持率（L70）來(lái)代表LED元件和燈具的可靠性會(huì)最為顯著，也是最容易被量化的指標(biāo)。原因是，傳統(tǒng)鎢絲燈泡在使用上，只要鎢絲燒毀了，就表示燈泡壽命到了，而LED燈泡在流明衰退上，是逐漸而緩慢的，在衰退初期，人們?cè)谝曈X(jué)上是感覺(jué)不到的，一直要等到光源衰退至初始光源的70%（L70）時(shí)，人們才會(huì)感覺(jué)的到燈泡變暗，這時(shí)也就影響到照度。因此，工作小組建議以流明維持率（L70）作為L(zhǎng)M-80規(guī)范的唯一判定依據(jù)。但爭(zhēng)議點(diǎn)是，流明維持率等不等于LED燈泡或燈具的壽命（Life TIme）？ LM-80規(guī)范有存在著什么樣的問(wèn)題呢？

　　三、蘋(píng)果要跟蘋(píng)果比：LED燈具是“電子產(chǎn)品”，不是傳統(tǒng)“燈泡”

　　LED元件壽命：

　　基本上LED元件是發(fā)光二極體，本就屬電子元件的一種。因此，若要談LED元件的壽命，應(yīng)該使用已經(jīng)相當(dāng)成熟的電子元件加速壽命試驗(yàn)（ALT）方法，配合取樣數(shù)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等，來(lái)評(píng)估LED元件壽命。以目前LM-80規(guī)范來(lái)說(shuō)，以三種試驗(yàn)溫度，配合能源之星所訂定的流明維持率要求，作為L(zhǎng)ED元件的失效判定標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)爭(zhēng)議是不大的，特別是在TM-21壽命推估方式發(fā)布后，更解決了各廠商在LED元件壽命上各說(shuō)各話的情形，但是對(duì)使用LED元件的燈具廠來(lái)說(shuō)，可能產(chǎn)生的爭(zhēng)議點(diǎn)是：

　　1. 在能源之星/LM-80規(guī)范中，要求LED元件必須通過(guò)三種不同溫度的試驗(yàn)，在每個(gè)試驗(yàn)溫度下，最少必須有20顆LED元件通過(guò)6000小時(shí)的試驗(yàn)，并以流明維持率作為試驗(yàn)成敗的唯一判斷依據(jù)。爭(zhēng)議就在于，如果在6000小時(shí)試驗(yàn)過(guò)程中，有LED元件出現(xiàn)不亮或燒毀的情形，均可不列入流明維持率的計(jì)算，單單此舉，就已經(jīng)不符合LED元件壽命計(jì)算的要求了。

　　2. 若要采用LM-80試驗(yàn)數(shù)據(jù)做為壽命計(jì)算依據(jù)也是可行的，只要清楚定義那些失效模式代表著失效即可（例如：流明維持率、死燈、燒毀、色座標(biāo)/電壓/電流偏移等），任何失效定義之失效模式出現(xiàn)時(shí)，即代表LED元件的壽命到了。除了晶粒品質(zhì)外，包括封裝材料的選擇到打線技術(shù)等，都影響到LED元件的壽命與可靠性。因此，對(duì)于要執(zhí)行LM-80或是壽命驗(yàn)證的LED元件來(lái)說(shuō)，先通過(guò)「可靠性資格驗(yàn)證」絕對(duì)有其必要性。

　　備注：在執(zhí)行LM-80/6000小時(shí)的試驗(yàn)過(guò)程中，為了降低部分LED失效而使試驗(yàn)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，通常LED元件廠會(huì)提高試驗(yàn)的取樣數(shù)量，當(dāng)試驗(yàn)過(guò)程中有部分LED出現(xiàn)死燈或早夭時(shí)，能源之星是允許故障樣品不列入平均流明維持率的計(jì)算，但要求必須在LM-80報(bào)告中注明。因此，燈具廠商在閱讀LED供應(yīng)商所提供的LM-80報(bào)告時(shí)，除了須了解試驗(yàn)溫度與流明維持率外，樣品數(shù)量資訊就更須審慎了。

　　LED燈泡/燈具壽命：

　　影響LED燈泡或燈具壽命，真的只有流明維持率這個(gè)因子嗎？ 基本上，LED燈具是由括調(diào)光器，電源供應(yīng)器，發(fā)光二極體，光機(jī)驅(qū)動(dòng)元件、散熱模組等所組成，這表示整個(gè)燈具的壽命，實(shí)際上是由數(shù)個(gè)電子模組串聯(lián)或并聯(lián)所構(gòu)成，而每個(gè)電子模組都有各自的功能和可靠性水準(zhǔn)，當(dāng)任何一個(gè)模組發(fā)生問(wèn)題時(shí)，都代表著LED燈具失效了，這點(diǎn)與傳統(tǒng)鎢絲燈泡大不相同，如果我們把LED產(chǎn)品看做電子產(chǎn)品，哪些是構(gòu)成LED產(chǎn)品失效的主要原因呢？

　　其實(shí)，從一般電子產(chǎn)品的常見(jiàn)失效情形就可以窺出一二。電子產(chǎn)品常見(jiàn)的失效包括散熱設(shè)計(jì)不良、過(guò)載使用、驅(qū)動(dòng)電路故障、電源故障以及零件或制程工藝不良等。只要是會(huì)發(fā)生在電子產(chǎn)品上的失效情形，基本上都會(huì)出現(xiàn)在LED產(chǎn)品上，針對(duì)這類型的缺陷，通?？衫秒娮赢a(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)驗(yàn)證手法，在實(shí)驗(yàn)室被提早發(fā)現(xiàn)而加以改善。另一種失效是屬于電氣特性上的失效，若以LED燈具來(lái)說(shuō)，如流明維持率、色溫/色彩變化、電源參數(shù)偏移等，針對(duì)這類型的缺陷，則利用環(huán)境試驗(yàn)與可靠性證明試驗(yàn)加以驗(yàn)證即可。因此，從過(guò)去在電子產(chǎn)品在可靠性上的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，LED產(chǎn)品也應(yīng)遵循著傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品環(huán)境與可靠性試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?lái)加以驗(yàn)證其可靠性與壽命才對(duì)。

　　目前，在文獻(xiàn)上要找到大量的LED燈具故障數(shù)據(jù)并不是一件容易的事，近兩年來(lái)比較大規(guī)模的數(shù)據(jù)，是在美國(guó)東部的賓夕法尼亞州埃爾伍德市。埃爾伍德市從5400盞戶外LED路燈失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中得知，電源與控制驅(qū)動(dòng)模組失效占59%，散熱不良占31%，LED元件不良約占10%。這是以美國(guó)設(shè)計(jì)與封裝技術(shù)能力的產(chǎn)品，并針對(duì)戶外用LED路燈實(shí)際所觀測(cè)的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中可得知電源模組與控制驅(qū)動(dòng)模組所占的失效比例最大，散熱不良造成失效為第二，加上戶外環(huán)境因子較室內(nèi)環(huán)境因子復(fù)雜（包括溫度、濕度、雨水/結(jié)露、灰塵、硫化腐蝕、雷擊、電源變動(dòng)等）。因此，對(duì)戶外用LED產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，環(huán)境模擬試驗(yàn)與壽命試驗(yàn)更形重要，而不僅僅是節(jié)能或流明維持率這些事了。